RU1823110C - Устройство питани нагрузки переменным током - Google Patents

Abstract

Использование: питание установок, требующих частое включение-отключение силовых трансформаторов, например, мощных эльктроводонагревателей. Сущность изобретени : в устройство питани  нагрузки с трансформатором, первичные обмотки которого замкнуты в звезду через коммутатор в виде выпр мительного моста, замкнутого на стороне выпр мленного тока через тиристорный ключ, ввод т вспомогательный тиристорный ключ, соединенный анодом с одним из концов первичных обмоток трансформатора, а катодом соединен с катодом первого тиристорного ключа, причем соотношение параметров элементов контура отключени  определ етс  следующим вырзжением. Еоз + ь НдЗ EOD -1 Ео2, где Ео2, Еоз, EOD - посто нные составл ющие пр мого падени  напр жени  соответственно на основном и вспомогательном тиристорных ключах и диодном плече моста 1Н - номинальный ток; Вдз - динамическое сопротивление вспомогательного тиристорного ключа. 1 ил. (/) с

Description

Изобретение относитс  к области электроэнергетики и может быть использовано в установках, где требуетс  частое включение (и, соответственно, отключение) силовых трансформаторов, например, в сельской энергетике при разработке и эксплуатации мощных электроводонагревателей .

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей устройства питани  нагрузки переменным током, использующем коммутатор с упрощенной системой управлени  вентил ми, а именно, возможности включени  и отключени  рабочего тока трансформатора при отсутствии бросков тока намагничивани  за счет размыкани  цепи концов обмоток трансформатора , что дает возможность питать класс нагрузок, требующих частых включений-отключений .

На фиг.1 представлена электрическа  схема предлагаемого устройства, состо ща  из неуправл емого моста 1, выполненного по мостовой схеме; ключа 2, включенного в цепь выпр мленного тока моста 1; ключа 3, соединенного катодным выводом с катодом ключа 2 и анодным выводом - с концом одной из фазных обмоток коммутируемого трансформатора 4 (на фиг.1 -с выводом XI). Мост 1 подключаетс  к трансформатору 4 выводами переменного тока со стороны концов обмоток Х1, Y1. Z1 - трансформатор должен иметь схему соединени  данной обмотки - звезда, причем

00

ю со

о

концы всех обмоток коммутируемого напр жени  должны иметь полную изол цию друг от друга и от корпуса и выводы Х1. Y1, Z1 доступными дл  подключени  к мосту коммутатора .

Схема работает следующим образом.

Выключателем переменного тока трехфазный трансформатор подключаетс  к питающей сети началами обмоток, концы обмоток не соединены, ток через обмотки не протекает, на концы обмоток выноситс  напр жение сети, и выпр митель 1 имеет режим холостого хода с соответствующими воздействи ми на вентили моста и ключи 2, 3. Затем подаетс  одиночный отпирающий импульс на ключ 2, этот ключ включаетс , замыка  цепь выпр мленного тока выпр мител . По этой цепи начинает протекать ток, величина и скорость нарастани  которого ограничены индуктивност ми фаз трансформатора 4, включенными в рассечку цепей, соедин ющих выпр митель с питающей сетью. На фазах трансформатора начинает по вл тьс  напр жение, и при достижении номинального тока (при включенных со вторичной стороны номинальных нагрузках) выпр митель переходит в режим короткого замыкани  с напр жени ми на вентил х, мало отличающимис  от.падени  напр жени  на диодах при прохождении номинального тока трансформатора. Устанавливаетс  длительный режим работы коммутатора.

Дл  отключени  коммутатора нужно подать отпирающий импульс на ключ 3, который , включившись, оказываетс  подключенным параллельно цепочке из последовательно соединенных и пропускающих рабочий ток тиристорного ключа 2 и одного из диодов выпр мительного моста. Ток нагрузки коммутирует на ключ 3, и до момента очередной коммутации данного плеча выпр мител  ключ 2 находитс  практически под нулевым напр жением, времени дл  восстановлени  тиристоров этого ключа всегда достаточно.

Отметим, что если ключ 3 может включитьс  не всегда, а только в зоне существовани  на нем положительного напр жени , то ключ 2 в принципе способен включитьс  при подаче на него отпирающего импульса в произвольный момент времени. Однако, дл  ограничени  броска тока намагничивани  этот импульс должен быть сформирован в строго определенный момент - а именно в противофазе (со сдвигом на 180 эл.град.) по отношению к моменту отпирани  ключа 3. При этом включение всегда будет иметь место на размагниченный трансформатор, и бросок тока включени  ограничен. При по0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

 влении на аноде ключа 3 отрицательного напр жени  ток через этот ключ прекращаетс , соединение нул  звезды коммутируемого трансформатора разбираетс  - коммутатор переходит в отключенное состо ние .

Отметим, что схема по фиг. 1 может быть реализована не всегда, а только при определенном сочетании параметров элементов. Действительно, при включении ключа 3 полна  коммутаци  тока на этот ключ возможна лишь при условии

U)3 + HRq3 loD + U)2, (1)

где оз, IOD. Io2 сумма посто нных составл ющих пр мого падени  напр жени  на цепочке последовательно включенных тиристоров ключа 3; диодов плеча выпр мител ; тиристоров ключа 2;

(н - ток нагрузки;

Rq3 - сумма динамических сопротивлений цепочки последовательно включенных тиристоров ключа 3.

При несоблюдении этого неравенства после подключени  ключа 3 к цепочке из последовательно включенных диодного плеча и ключа 2 по указанной цепочке будет проходить некоторый ток, поддерживающий провод щее состо ние ключа 2, и выключение коммутатора не состоитс . Легко видеть, что неравенство (1) справедливо дл  достаточно широкого диапазона значений возможных параметров схемы фиг.1, однако , по этому выражению необходимо проверить схему, прежде чем прин ть ее дл  конкретного воплощени .

Поскольку устройство, выбранное в качестве прототипа не применимо дл  питани  нагрузок, требующих частых включений - отключений силовых трансформаторов, что  вл етс  целью насто щего изобретени , эффект от его использовани  определ етс  в отношении устройства с коммутатором из встречно-параллельных тиристорных пофазно управл емых ключей, в сравнении с которым предлагаемое устройство имеет экономическое преимущество . Действительно, дл  трехфазного варианта альтернативный коммутатор содержит фактически 6 тиристорных ключей и достаточно сложную систему управлени  к ним (см. например, а/с 1132336 от 11.04.83). Предлагаемый коммутатор содержит Ч таких же (рассчитанных на те же воздействи ) тиристорных ключа и шесть диодных плеч выпр мительного моста, рассчитанных на те же напр жени  и близкие по величине токи. Счита  стоимость диодного плеча, составл ющей 0,1 стоимости тиристорного

ключа, на одном коммутаторе выигрываетс  3, 4 стоимости тиристорного ключа. Стоимость системы управлени  предлагаемого коммутатора по приближенной оценке составл ет не более 20% от стоимости системы управлени  альтернативного варианта. Так стоимость предлагаемого коммутатора по сравнению с коммутатором на базе коммутатора - регул тора ПН-ТТВ составл ет величину пор дка 40%. Дл  более высоковольтного устройства экономический эффект должен быть больше.

Формул а изо бретени  

Устройство питани  нагрузки переменным током, содержащее трансформатор с разомкнутыми концами первичных обмоток и коммутатор в виде диодного моста, подключенного к выводам концов первичных обмоток трансформатора и имеющего тири- сторный ключ в цепи выпр мленного тока, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможно0

5

0

стей устройства, а именно возможности включени  и отключени  рабочего тока трансформатора при отсутствии бросков тока намагничивани , в него введен вспомогательный тиристорный ключ, причем тиристорные ключи соединены катодами, а анод вспомогательного тиристорного ключа подключен к концу одной из первичных обмоток трансформатора, причем соотношение параметров элементов контура отключени  определ етс  следующим выражением:

Еоз + н Ндз EOD + Era,

где Е{н, Еоз, Еоо - посто нные составл ющие пр мого падени  напр жени  соответственно на основном и вспомогательном тиристорных ключах и диодном плече моста;

1Н - номинальный ток;

ЯдЗ динамическое сопротивление вспомогательного тиристорного ключа.